Đồ án môn học thiết kế dụng cụ cắt đầu đề thiết kế dụng cụ công nghiệp

Trang 5 PHẦN 1: TÍNH TỐN THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH ➢ Nhiệm vụ của quá trình tính toán thiết kế dao tiện định hình được thự hiện theo trình tự sau: - Phân tích hình dạng, độ chính xác t

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ

BỘ MÔN GCVL & DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT

HỌC KÌ: 20211 MÃ ĐỀ: 21 ĐẦU ĐỀ: THIẾT KẾ DỤNG CỤ CÔNG

NGHIỆP

Sinh viên thực hiện Chu Bảo Nam

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 1

1.1 Đề bài 2

1.2 Phân tích chi tiết để chọn dụng cụ gia công 3

1.3 Chọn loại dao 3

1.4 Chọn cách gá dao 4

1.5 Thiết kế dao 4

1.5.1 Chọn điểm cơ sở 4

1.5.2 Chọn góc sau α và góc trước γ 6

1.6 Sơ đồ tính toán thông số profin dao 6

1.7 Tính toán chiều cao profin của dao 8

1.7.1 Xây dựng công thức tính toán 8

1.7.2 Tính toán profin dao tại các điểm 9

1.8 Kết cấu dao 10

1.9 Điều kiện kỹ thuật 12

1.10 Bản vẽ thiết kế 13

PHẦN II: THIẾT KẾ DAO PHAY ĐĨA MODULE 14

2.1 Yêu cầu đề bài 14

2.2 Xác định các thông số hình học của dao 14

2.3 Thiết kế dao 15

2.3.1 Tính toán profile dao phay đĩa module 15

2.3.2 Chọn các kích thước kết cấu dao phay đĩa module 17

2.4 Điều kiện kỹ thuật của dao 18

2.5 Thiết kế dưỡng 18

2.6 Bản vẽ chế tạo của dao 19

PHẦN III: THIẾT KẾ DAO CHUỐT 20

3.1 Yêu cầu đề bài 20

3.2 Sơ đồ chuốt 21

3.3 Vật liệu và cấu tạo dao chuốt 21

3.4.1 Phần răng cắt và răng sửa đúng 21

3.4.2 Lượng dư gia công 22

3.4.3 Kết cấu răng và rãnh 22

3.4.4 Số răng và đường kính dao chuốt 25

3.4.5 Kiểm nghiệm bền dao chuốt 27

3.4.6 Phần đầu dao 27

3.4.7 Phần định hướng phía trước 29

3.4.8 Phần dẫn hướng phía sau 29

3.4.9 Chiều dài dao 29

3.4.10 Lỗ tâm 29

3.5 Điều kiện kỹ thuật của dao 30

3.6 Bản vẽ chế tạo dao chuốt lỗ then hoa 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

LỜI NÓI ĐẦU

Dụng cụ cắt kim loại đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực gia công cơ khí,

nó trực tiếp tác động vào quá trình sản xuất ra các sản phẩm cơ khí, công cụ sản xuất

máy móc thiết bị cho nền kinh tế quốc dân

Việc nắm bắt được vai trò quan trọng của dụng cụ cắt gọt kim loại cũng như

khả năng thiết kế chế tạo tối ưu hoá là một đòi hỏi bắt buộc đối với người làm công

tác kỹ thuật trong lĩnh vực cơ khí có như vậy mới có thể đạt được yêu cầu kỹ thuật,

năng suất cho quá trình chế tạo cơ khí đóng góp cho quá trình phát triển chung của

đất nước

Vì những lí do trên nên việc hoàn thành đồ án môn học “Thiết kế dụng cụ cắt

kim loại” đóng vai trò quan trọng và cần thiết đói với mỗi sinh viên làm quen rèn

luyện kỹ năng thiết kế đế chuẩn bị cho công tác sau này

Để hoàn thành đồ án môn học này có sự cố gắng của bản thân em và sự chỉ

bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là thầy TS Nguyễn

Trọng Hải đã hưỡng dẫn và chỉ bảo trong suốt quá trình làm đồ án Vì vậy em xin

chân thành cảm ơn thầy!

Đồ án được hoàn thành nhưng còn có nhiều thiếu sót bởi vì môn học là một

vấn đề khó và liên tục phát triển Vậy em rất mong được sự chỉ bảo thêm của các

thầy cô giáo trong bộ môn và sự đóng góp ý kiến của các bạn

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo!

Sinh viên thực hiện Chu Bảo Nam

PHẦN 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

➢ Nhiệm vụ của quá trình tính toán thiết kế dao tiện định hình được thự hiện theo trình tự sau:

- Phân tích hình dạng, độ chính xác theo yêu cầu của chi tiết để chọn

kiểu sao phù hợp

- Xác định loại dao và cỡ dao

- Xác định điểm cơ sở, góc trước, góc sau

- Vẽ sơ đồ hình

- Thiết kế profin dao trong các tiết diện

- Lựa chọn phần phụ

- Vẽ profin và các hình chiếu của dao

- Quy định về điều kiện kỹ thuật

1.1 Đề bài

Tính toán thiết kế dao tiện định hình để gia công chi tiết theo Hình 1.1 (Dao có chuẩn

bị để cắt đứt)

Vật liệu gia công: Phôi thanh ∅45,vật liệu thép 40XH có: 𝜎𝑏 = 600 𝑁/𝑚𝑚2

Hình 1.1 Kích thước của chi tiết

Bảng 1.1 Thông số kích thước của chi tiết

∅(mm) ∅ 1 (mm) ∅ 2 (mm) ∅ 3 (mm) ∅ 4 (mm) L 1 (mm) L 2 (mm) L 3 (mm) L 4 (mm) L 5 (mm)

1.2 Phân tích chi tiết để chọn dụng cụ gia công

Chi tiết có biên dạng mặt tròn xoay trên đó bao gồm mặt côn, mặt trụ Do chi tiết có mặt côn nên khi gia công rất dễ mắc phải sai số do lưỡi cắt không song song với đường tâm chi tiết Song độ chính xác chi tiết yêu cầu không cao, mặt đầu chi tiết có đọ chênh lệch đường kính không quá lớn

Đây là một chi tiết không phức tạp, chiều dài nhỏ, độ chênh lệch đường kính không quá lớn

Chiều sâu lớn nhất: 𝑡𝑚𝑎𝑥 =𝐷𝑚𝑎𝑥

2 −𝐷𝑚𝑖𝑛

2

Trong đó Dmax: Đường kính lớn nhất khi tiện

Dmin: Đường kính nhỏ nhất khi tiện

ta dùng dao có đoạn cơ sở nằm ngang tâm chi tiết Mà độ chính xác của chi tiết yêu cầu không cao, hơn nữa chiều dài phần côn của chi tiết ngắn, nên ở đây ta chỉ cần dùng dao có điểm cơ sở nằm ngang chi tiết

Dao tiện định hình có hai loại chính theo hình dáng đó là loại dao hình lăng trụ và dao tiện hình tròn, trong hai loại trên em chọn loại dao lăng trụ vì chúng có những ưu điểm sau:

- Được gá kẹp bằng rãnh mang cá có độ cứng cao

- Dao lăng trụ chỉ gây ra sai số ∆1- là sai số do mặt cắt côn bằng mặt phẳng không đi qua đường tâm chi tiết- còn dao hình tròn còn gây ra sai số gia công ∆2- là sai số hình dạng lưỡi cắt khi chế tạo gây ra (sai số

nội tại của dao tiện định hình hình tròn)

- Góc sau α có thể lựa chọn giá trị lớn vì điều kiện gia công cho phép,

còn đối với dao tiện định hình hình tròn thì góc sau α không điều chỉnh

được vì phụ thuộc vào chiều cao gá dao H

- Thoát nhiệt tốt, tuổi thọ cao, mài lại dao dễ do bề mặt dao là mặt phẳng

=> Dựa vào những ưu điểm trên và chiều sâu lớn nhất của chi tiết t=8.5 mm nên em chọn dao tiện định hình hình lăng trụ

1.4 Chọn cách gá dao

Để thuận tiện và đơn giản trong quá trình thiết kế cũng như chế tạo mà vẫn đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật trong khi gia công cũng như độ chính xác về kích thước và hình dáng hình học, chất lượng của bề mặt gia công và tuổi thọ của dụng

Càng gần chuẩn kẹp thì α càng tăng và ngược lại góc trước γ càng giảm Những điểm nằm cao hơn điểm cơ sở thì góc trước γ tăng lên và góc sau α giảm Nếu chọn điểm cơ sở không phù hợp thì góc sau α có thể giảm đến 0 và nhỏ hơn 0

Theo hình 1.2 ta thấy điểm 1 có bán kính nhỏ nhất ( 𝑟1 = 28

2 = 14𝑚𝑚) làm điểm cơ sở

Hình 1.2 Xác định các điểm trên chi tiết

• Xác định bán kính tại các điểm trên biên dạng chi tiết:

1.6 Sơ đồ tính toán thông số profin dao

Sơ đồ tính toán các thông số profin dao tại một điểm i bất kỳ trên lưỡi cắt được biểu diễn như sau:

Hình 1.3 Sơ đồ tính toán profin dao lăng trụ

Điểm 1 được chọn làm điểm cơ sở để xác định profin lưỡi cắt Qua điểm 1

trên hình chiếu đứng vẽ mặt trước T hợp với phương ngang một góc 𝛾 = 200 Mặt

trước T cắt các vòng tròn có bán kính r1, r2, r3, r4 tại các điểm 1’,2’,3’,4’… trên

lưỡi cắt dao Các điểm 1’,2’,3’,4’… trên lưỡi cắt của dao gia công các còng tròn bán

kinh r1, r2, r3, r4… ứng với các điểm 1, 2, 3,4 của profin chi tiết

Khoảng cách từ điểm 1 đến các điểm 2’, 3’, 4’… là 𝜏1, 𝜏2, 𝜏3, là chiều cao

profin lưỡi cắt theo mặt trước

Từ các điểm 2’,3’,4’, … trên lưỡi cắt dao ha các đoạn thẳng vuông góc với

điểm 1 được các đoạn hd1, hh2, hd3, …Đó chính là chiều cao profin lưỡi cắt trong tiết

diện vuông góc với mặt sau

1.7 Tính toán chiều cao profin của dao

1.7.1 Xây dựng công thức tính toán

a Xây dựng công thức xác định profin dao trong tiết diện trùng với mặt trước

1.7.2 Tính toán profin dao tại các điểm

1.8 Kết cấu dao

Căn cứ vào chiều sâu cắt lớn nhất của chi tiết: tmax=8.5mm

Dựa vào bảng 3.2a [2] ta có kích thước cơ bản của dao:

Bảng 1.4: Kích thước cơ bản của dao

Hình 1.4 Kích thước kết cấu dao tiện

Hình 1.5 Chiều rộng B của dao tiện định hình

Theo Tr47 [1] ta tính toán được chiều rộng lưỡi cắt:

- 𝜑- Góc nghiêng của đoạn lưỡi cắt đứt, lấy bằng 150

- 𝜑1- Góc của đoạn lưỡi xén mặt đầu, lấy bằng 200.

- 𝑎- Chiều dài đoạn lưỡi cắt phụ nhằm tăng bền cho lưỡi cắt, lấy bằng 3mm

- 𝑏- Chiều dài đoạn lưỡi cắt phụ để chuẩn bị cắt đứt, lấy lớn hơn một ít hoặc bằng chiều dài lưỡi dao cắt đứt, lấy bằng 11,5 mm

- 𝑏1- Đoạn vượt quá, lấy bằng 1mm

- 𝑐- Chiều dài đoạn lưỡi cắt phụ để xén mặt dầu chi tiết, lấy bằng 1mm

- 𝑡- Chiều cao đoạn lưỡi cắt phụ để chuẩn bị cắt đứt, lấy 𝑡 ≤ 𝑡max, chọn t=5mm

→Chiều dài của dao: L = Lct +b1+b+c+a = 40+1+11,5+1+3 = 56,5 (mm)

Ta có profin trong hai tiết diện vuông góc với mặt sau và trùng với mặt trước:

Hình 1.6 Profin dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau

Hình 1.7 Profin dao trong tiết diện trùng với mặt trước

1.9 Điều kiện kỹ thuật

- Vật liệu làm dao: Thép gió P18

- Độ cứng sau nhiệt luyện: HRC = 62-65

1.10 Bản vẽ thiết kế

Hình 1.8 Bản vẽ thiết kế

PHẦN II: THIẾT KẾ DAO PHAY ĐĨA MODULE

Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao phay đĩa môđun được tiến hành theo trình tự sau:

- Phân tích hình dạng, độ chính xác yêu cầu của chi tiết để chọn dao cho phù hợp

- Tính toán hình dáng lưỡi cắt

- Tính toán profile đoạn làm việc

- Thiết kế kết cấu dao

2.1 Yêu cầu đề bài

Thiết kế dao phay đĩa môđun theo bộ 8 con để gia công bộ bánh răng có yêu cầu sau:

- Góc ăn khớp: 𝛼0 = 17030

- Module: m = 4

- Vật liệu: 40XH (σb=950N/mm2)

- Số hiệu dao: N0 = 7

2.2 Xác định các thông số hình học của dao

Trong bộ dao phay đĩa module 8 con, dao mang số hiệu 7 có thể gia công được bánh răng có số răng Z = 55 ÷ 134 răng Profile dao được tính toán theo số răng bé nhất (Z = 55) vì với dao này độ cong đường thân khai sẽ lớn nên với các bánh răng

có Z > 55 được gia công bằng bánh răng có Z = 55 sẽ có profile dãn hơn tạo điều kiện ra vào ăn khớp dễ hơn (rãnh lớn ăn khớp không bị kẹt)

Ta cần thiết kế dao phay đĩa module để gia công bánh răng với các thông số sau:

2.3 Thiết kế dao

2.3.1 Tính toán profile dao phay đĩa module

Để thiết kế được profile dao, ta lập hệ tọa độ vuông góc Oxy với tâm O trùng với tâm của bánh răng thân khai Vì dao phay đĩa module có góc trước γ = 0 cho nên profile được tính toán chính là profile trong tiết diện đi qua trục dao Giả sử có điểm

M (x, y) bất kỳ nằm trên profle răng với bán kính rx thì tọa độ (x, y) chính là phương trình profile răng

Hình 3.1: Sơ đồ tính toán profile bánh răng thân khai

Profile dao gồm 2 đoạn:

- Đoạn làm việc là đoạn thân khai CB

- Đoạn làm việc là đoạn cong chuyển tiếp thuộc khe hở chân răng BO1

a) Profile dao trong đoạn làm việc:

Nguyên lý tạo hình đường thân khai: Cho một đường thẳng lăn không trượt trên một đường tròn, quỹ đạo của một điểm M thuộc đường thẳng đó sẽ vẽ ra đường cong

thân khai Vậy để tạo ra hình lưỡi cắt thân khai ta cho điểm M chuyển động theo phương trình đường thân khai trong khoang bán kính Ri ≤ rm ≤ Rc Việc xác định profile lưỡi cắt chính là việc xác định tọa độ của tập hợp các điểm M trong hệ tọa độ

αM – Góc áp lực của đường thân khai

Theo sơ đồ tính toán hình 3.2 ta có:

α0 – Góc ăn khớp trên vòng tròn chia bánh răng tiêu chuẩn α0 = 17030

Vậy ta cho rM biến thiên từ r0 đến re thì sẽ vẽ được profile của răng Chia thành

16 điểm và tính toán theo công thức ta có bảng thông số các điểm như sau:

2.3.2 Chọn các kích thước kết cấu dao phay đĩa module

Với m = 4; Z = 55, kích thước kết cấu dao được chọn theo bảng 6.6 và 6.7 [1] được thể hiện trên bản vẽ chi tiết như sau:

2.4 Điều kiện kỹ thuật của dao

- Vật liệu chế tạo dao: Thép P18

- Độ cứng phần cắt đạt được sau nhiệt luyện: 6265 HRC

- Sai lệch độ trụ của mặt trụ 0,1 mm

- Độ đảo tâm theo đường kính ngoài của

Hai răng kề nhau 0,03mm

Một vòng quay của dao 0,08mm

- Độ đảo mặt đầu ở điểm xa tâm lỗ nhất 0,03mm

Trên phần thân khai không quá 0,05mm

Trên phần đỉnh răng và góc lượn không quá 0,1 mm

2.6 Bản vẽ chế tạo của dao

PHẦN III: THIẾT KẾ DAO CHUỐT

Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao chuốt được tiến hành theo trình tự sau:

- Phân tích hình dạng, độ chính xác yêu cầu của chi tiết để chọn kiểu dao cho phù hợp

- Chọn vật liệu làm dao

- Thiết kế kết cấu dao

3.1 Yêu cầu đề bài

Thiết kế dao chuốt lỗ then hoa có thông số như sau:

D-6x13x16x10

- Chiều dài lỗ chuốt: L = 24 mm

- Định tâm theo đường kính ngoài

3.2 Sơ đồ chuốt

Theo yêu cầu gia công chi tiết như đề bài thì ta chọn sơ đồ chuốt theo lớp, để quá trình thoát phoi được dễ dàng thì trên cạnh của các răng gần nhau ta làm rãnh thoát phoi thứ tự và xen kẽ nhau Khi chuốt lỗ then hoa thường dùng dao chuốt kéo khi đó lực sẽ tác dụng vào đuôi dao và kéo nó

Hình 2.2: Sơ đồ chuốt

3.3 Vật liệu và cấu tạo dao chuốt

Dao chuốt kéo thường được chế tạo từ hai loại vật liệu Phần cán dao được làm bằng thép kết cấu C45 Từ phần định hướng trở về sau được làm bằng thép gió P18 Dao chuốt được chia thành 5 phần lớn

− Phần đầu dao gồm đầu kẹp, cổ dao, côn chuyển tiếp

− Phần định hướng trục

− Phần cắt gồm răng cắt thô, răng cắt tinh, răng sửa đúng

− Phần dẫn hướng phía sau

− Phần đỡ giúp tăng cứng vững của dao khi gia công

Phần cắt là quan trọng nhất của dao chuốt, nó được thiết kế trước làm cơ sở cho các phần khác Thiết kế phần răng gồm xác định dạng profile răng, kích thước răng,

số lượng mỗi dạng răng, đường kính các răng,

Hình 2.3: Cấu tạo dao chuốt

3.4 Thiết kế dao

3.4.1 Phần răng cắt và răng sửa đúng

Ở dao chuốt, răng sau cao hơn răng trước 1 lượng Sz được gọi là lượng nâng dao Lượng nâng thay cho bước tiến dao

Trên phần răng cắt thô, các răng có lượng nâng bằng nhau Trên răng cắt tinh, lượng nâng giảm dần Trên răng sửa đúng lượng nâng bằng 0

Với lỗ then hoa thường, vật liệu là thép cacbon 40X tra bảng 5.2[1], ta chọn được lượng nâng của răng cắt thô Sz = 0,06 mm

Sau răng cắt thô là răng cắt tinh, số răng cắt tinh chọn là 3 răng với lượng nâng lần lượt là:

3.4.2 Lượng dư gia công

Ta có lượng dư gia công được tính theo công thức:

A=𝐷max−𝑑𝑚𝑖𝑛

2 Trong đó: Dmax – Đường kính lớn nhất của lỗ sau khi chuốt

dmin – Đường kính lỗ trước khi gia công

- Lượng dư tinh: Atinh = 0,108 mm

- Lượng dư thô: Athô = A – Atinh = 1,5135 – 0,108 = 1,4055 mm

3.4.3 Kết cấu răng và rãnh

Kết cấu răng và rãnh là phần quan trọng của dao chuốt Răng và rãnh được thiết

kế sao cho dao đủ bền, răng đủ bền, đủ không gian chứa phoi, tuổi bền và tuổi thọ của dao lớn và dễ chế tạo

a) Profile dọc trục

Hình dạng răng và rãnh cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Thông số hình học của răng phải đảm bảo tuổi bền tối đa

- Răng dao phải đảm bảo được số lần mài lại tối đa

- Răng phải đủ bền để không bị gãy trước tác dụng của momen uốn trong quá trình cắt

- Rãnh giữa các răng phải có hình dạng và kích thước sao cho khi cắt ra phoi

dễ dàng theo mặt trước, cuốn xoắn đều và nằm gọn trong rãnh

Với vật liêu gia công là thép 45, được sử dụng rất phổ biến, được dùng chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao mà bề mặt có thể bị mài mòn như trục, bánh răng để có cơ tính cao cần nhiệt luyện (tôi+ram cao) Khi chuốt vật liệu dẻo như chuốt thép thường tạo ra phoi dày Vì vậy rãnh được thiết kế có dạng lưng cong (có 2 cung tròn nối tiếp) để phoi dễ cuốn

Hình 2.4: Dạng răng và rãnh trong tiết diện chiều trục

L – Chiều dài của chi tiết

Sz – Lượng nâng răng

K- Hệ số điền đầy rãnh răng

Tra bảng 5.4 – [1] ta được K = 3

Như vậy: 𝐹𝑅 = 𝐾 𝐿 𝑆𝑧 = 3.24.0,06 = 4,32 mm2

Ta có: ℎ≥ 1,13 √𝐾 𝑆𝑧 𝐿 = 1,13 √4.32 = 2,35 mm

Lấy chiều rộng then theo tiêu chuẩn: h = 2,5

Các thông số khác được tính theo kinh nghiệm như sau:

t = (2,5 ÷ 2,8).h = 6,25 ÷ 7 Chọn t = 7

r = (0,5 ÷ 0,55).h = 1,25 ÷ 1,375 Chọn r = 1,5